Strømnettet trues av økt solstormaktivitet

Sola slynger konstant ut elektromagnetisk stråling og elektrisk ladde partikler fra flekker i overflaten. Sistnevnte, som i hovedsak består av protoner og elektroner, kalles solstormer og kan være farlige for oss.

Nå jobber SINTEF med å finne løsninger som kan beskytte verdens elforsyning mot de stormfulle lunene fra sola. Spesielt nordlige breddegrader er utsatt for de enorme kreftene som settes i sving.

– Når solstormene herjer rundt jorda dannes såkalte elektrojetter, som danner elektromagnetiske felt på jorda. Det vil skape forskjellig spenningspotensiale i nettet, og det kan igjen sende strømmer inn i både strømnettet og  jordskorpa, forklarer SINTEF-forsker Kristian Thinn Solheim.

Solstormene vil ha ulik effekt ettersom hvor i Norge de inntreffer, ifølge Solheim, som altså forsker på fenomenet for å gjøre oss best mulig rustet til å takle stormene som vil komme i fremtiden. Og de er det mange av.

I kamp mot solstormenes herjinger: F.v.:Kristian Thinn Solheim (SINTEF), Trond Ohnstad (Statnett), Astri Gillund (NVE). Foto: Kristin Nordvoll Mork VIS MER

Transformatorene er et svakt punkt

Transformatorene, som er den viktigste komponenten i kraftnettet, er sårbare for disse strømmene. De er laget for vekselstrøm- og spenning, men når det blir skapes store likestrømmer fra solstormene, vil de overopphetes og i verste fall havarere.

– I tillegg vil transformatorene påvirke resten av strømnettet fordi spenningen reduseres. Så i tillegg til å være utsatt selv vil de også utsette andre komponenter for uheldige påkjenninger, forklarer Thinn Solheim.

– Ettersom transformatorene har en leveringstid på to år er konsekvensen i verste fall at vi må klare oss uten strøm i store områder over mange år, sier SINTEF-forskeren.

Det har skjedd før

Solstormer er ikke et nytt fenomen. Første gang man opplevde omfattende konsekvenser av en solstorm var i 1859, under den såkalte Carrington-hendelsen, da telegrafsystemet i Europa og USA opplevde massehavari. Senest i 2003 mørkla en solstrøm hele nordvestre delen av USA i et par døgn. Samme høst ble også deler av Sverige mørklagt.

– Omkring 20 solstormer treffer jorda i løpet av et år, men de fleste er så små at de ikke vil påvirke strømnettet. Det er størst sjanse for store og mange solstormer når det er mange solflekker på sola. Antallet solflekker går i elleve års sykluser, og neste maksimum er beregnet å komme i 2023, sier Thinn Solheim.

Men ifølge SINTEF-forskeren vil det forekomme flere store solstormer med lengre intervaller – blant annet en trehundreårs- og en tusenårsstorm.

– Disse er vi meget usikre på om strømnettet klarer å takle, sier han.

I 1982 kom det forskerne mener er en hundreårsstorm på sola – da målte SINTEF svært høye strømmer i nettet i Norge, uten at dette førte til store forstyrrelser. Mens i Sverige ble både høyspentlinjer, telelinjer og tog påvirket.

Fire sensorer er montert på transformatorens gul-grønne jordskinne. Disse måler geoinduserte strømmer i transformatoren. Foto: SINTEF VIS MER

Kan komme når som helst

– Det skumle er at vi ikke har kontroll på når neste store solstorm kommer. Den kan komme når som helst, sier Thinn Solheim.

Man får ofte noen dagers forvarsel når en solstorm er på vei, men først én time før den treffer jorda vet vi det faktiske omfanget, om og eventuelt hvor den treffer. Det er derfor avgjørende at vi tilegner oss mest og best mulige data frem til da, og har gode prosedyrer på tiltak.

I dag har vi to ytterpunkt av tiltak, forteller Thinn Solheim. Det ene er å koble ut alt og legge alt strømløst. Dette vil nemlig gjøre at det ikke blir noen skade på noe utstyr i strømnettet.

– Problemet er at solstormene i verste fall kan vare i flere måneder, og om man må skru av og på strømmen uke etter uke, og man ikke vet helt hva som kommer til å skje, så kan det oppleves veldig ubehagelig for oss alle, sier han.

Det andre alternativet er å koble inn alt av generatorer, høyspentlinjer og transformatorer, ettersom man slik vil kunne fordele påvirkningen fra solstormen på flest mulige komponenter.

– Men om solstormen er for stor vil komponentene gå varme og transformatorene overopphetes. Vernene vil koble ut disse, så om man har reservekapasitet i nettet vil det gå helt fint, men hvis man derimot ikke har nok i reserve vil én etter én transformator kobles ut, og man har en kaskadeeffekt, sier Thinn Solheim.

Måler effekten med sensorer

De siste to årene har SINTEF jobbet med et forskningsprosjekt sammen med NVE og Statnett som skal gjøre oss bedre rustet til å takle fremtidige solstormer.

– I september installerte vi sensorer på en transformator nord i Trøndelag for å måle og analysere de geoinduserte strømmene i den. Her er det nemlig merket påvirkning, ustabilitet og utfall fra solstormer de siste årene. Informasjonen fra sensorer skal kombineres med målinger av solstormer gjort fra romværstasjonene over mange år, forteller Thinn Solheim.

Dataene skal si mer om hvordan solstormene påvirker strømnettet, og brukes til å lage prosedyrer og gi oss et bedre utgangspunkt for å forhindre skade.

Statnett har god beredskap og er ikke urolige

Ved strømbrudd er forsyning og samfunnssikkerhet i fare. Statnett har nærmere hundre prosent oppetid, så om det skjer noe vil vi merke det med en gang.

– Vi har kjent til solstormer og mulige problemer for kraftnettet siden 1980-tallet, og de siste tjue årene har det periodevis vært overvåking av den geoinduserte strømmen i utvalgte punkter i sentralnettet, sier spesialrådgiver i Statnett Trond Magne Ohnstad.

Han forteller at driftssentralene har kunnskap om solstormer og hva dette kan føre til av problemer i nettet. 

– Vi har en varslingstjeneste som kan gi et forvarsel om at en solstormhendelse vil komme.  Det er ikke etablert så mange prosedyrer, men driftssentralene kan innkalle ekstra mannskap og øke beredskapen ved behov.  Kraftnettet overvåkes kontinuerlig fra våre driftssentraler, sier Ohnstad.

Statnett opplever effekten av solstormer 15 til 20 ganger per år uten at det hittil har ført til utfall av forsyning til deres kunder.

– Vi mener det er veldig lite sannsynlig at transformatorer kommer til å havarere på grunn av en solstorm ettersom de er veldig robuste. Erfaringen hittil har vist at relé-vernet kobler dem ut lenge før det oppstår skader, sier Ohnstad, som også opplyser om at Statnett har flere transformatorer i beredskap om det skulle oppstå et behov.

…men NVE bekymrer seg for transmisjonsnettet

NVE er ikke bekymret for at en solstorm vil føre til at områder vil være strømløse i flere år, men mener det ved en kraftig solstorm som varer i flere dager er fare for at hele transmisjonsnettet enten faller ut på grunn av vern-utkobling og spenningskollaps eller må kobles ut for å beskytte transformatorene.

– Det vil i så fall føre til at store områder vil være uten strøm i denne perioden, pluss den tiden det tar å gjenopprette forsyningen, sier senioringeniør i NVE Astri Gillund.

Samfunnsviktige virksomheter som sykehus og sykehjem skal prioriteres og ha egen nødstrøm for å dekke sitt strømbehov ved langvarige strømbrudd, men samferdsel og kommunikasjon vil få utfordringer, opplyser NVE.

– For eksempel kan mobilkommunikasjon slutte å fungere, og når tog, t-bane og trikk står og lyskryssene ikke fungerer, så vil det fort bli trafikkork i de store byene. Det kan føre til at nødetatene ikke kommer når det er behov for dem. Om det skjer i løpet av vinteren vil dessuten de som ikke har alternativ oppvarming som vedovn eller lignende få det kaldt, sier Gillund.

Hun mener beredskapen skal være god nok til å håndtere en større solstorm.

– Det er flere transformatorer som kan fungere som reserve for de som havarerer, og selskapene har god reparasjonsberedskap, slik at de vil kunne gjenopprette strømforsyningen i løpet av kort tid. Men det er verdt å nevne at om et stort antall transformatorer på den nordlige halvkule havarerer vil det ta flere år å gjenskaffe alle disse, som igjen vil bety at kraftsystemet vil være mer sårbart i lang tid.

– Hvor farlig vil en trehundreårsstorm være?

– Omfanget av en slik solstorm er ukjent. I verste fall vil den kunne føre til flere år med ustabil strømforsyning. En langvarig solstorm kan sette samfunnet ut av spill i flere dager og vil gjøre kraftsystemet mer sårbart i flere år om ikke de store transformatorene er godt nok beskyttet, sier Gillund, og legger til at NVE deltar i forskning for å utarbeide fysiske tiltak og beredskap slik at kraftsystemet blir bedre rustet til å motstå denne typen ekstreme påkjenninger.